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精確的測量單光子的達(dá)到時間，是提高很多應(yīng)用的關(guān)鍵，比如熒光壽命成像FLIM和正電子發(fā)射計算機(jī)斷層顯像PET。這里面單光子雪崩探測器SPAD的時間分辨率，是由不同的處理單元決定的，包括單光子雪崩探測器SPAD，和它的淬熄電路QC以及時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器。加拿大謝布克大學(xué) Jean-Francois Pratte教授課題組，研發(fā)了新穎的淬熄電路QC和采用了一種CMOS技術(shù)的單光子雪崩探測器SPAD，在室溫下可以提供創(chuàng)記錄的FWHM 7.8ps的時間抖動。這就需要一種高性能的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC——Time Tagger Ultra HiRes。

Time Tagger Ultra HiRes可以提供3ps RMS/ 7 ps FWHM時間精度。我們可以與兩個獨(dú)立的SPAD進(jìn)行時間相關(guān)單光子計數(shù)測量，一個單獨(dú)的SPAD可以提供12.5ps FWHM的時間分辨率。

實驗結(jié)構(gòu)

一束經(jīng)過衰減的飛秒激光脈沖，脈寬小于100fs，擁有可以忽略的脈沖-脈沖抖動。激光光束被衰減到一個脈沖少于一個光子的級別。作為對比，SPAD和QC被一個高阻抗的差分探頭讀取，SPAD和QC模塊輸出信號到Time Tagger Ultra HiRes 的50歐姆輸入通道。這種時間相關(guān)單光子計數(shù)測試，由Time Tagger關(guān)聯(lián)測量，也可以采樣一定數(shù)量的事件進(jìn)行信號延遲。

結(jié)論：時間相關(guān)單光子計數(shù)TCSPC信號呈現(xiàn)于圖2，柱狀圖顯示了20.3ps FWHM的時間分辨率，包括2個SPAD和2通道的Time Tagger。單個的SPAD和QC時間分辨率

從公式

FWHM2meas = 2FWHM2SPAD + FWHM2TT

可以計算出 FWHMSPAD  =  12.5  ps。

這種低抖動的SPAD可以作為很多應(yīng)用的又一選項，也許有些時候時間抖動比量子效率更重要。